王丹丹

（遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124010）

水閘地基受土體抗拔變形影響較為明顯， 因此在進(jìn)行水閘地基穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時需對其土體的抗拔應(yīng)力進(jìn)行分析，從而分析其抗拔受力變形程度［1］。 近些年來，雖然對于水閘地基穩(wěn)定性研究在逐步深入［2-8］，但這些成果大都未能對其土體的抗拔應(yīng)力進(jìn)行分析。在其他工程領(lǐng)域，其地基土體的抗拔應(yīng)力已逐步開始研究［9-15］，這其中靜載試驗(yàn)方法應(yīng)用較為成熟，但在水利工程方面還未得到相關(guān)應(yīng)用， 為此本文結(jié)合遼寧地區(qū)某水閘工程實(shí)例， 對其土體抗拔應(yīng)力進(jìn)行分析， 從而分析該方法對水閘地基土體抗拔受力變形的影響程度。 研究成果對于水閘地基土體穩(wěn)定性設(shè)計(jì)具有重要參考意義。

1 研究方法

靜載試驗(yàn)方法對水閘地基的土體進(jìn)行極限抗拔變形的計(jì)算分析，分析方程為：

式中 ΔT為切向應(yīng)力（kPa）；?為內(nèi)摩擦角（°）；c為黏聚阻力（kPa）；ΔL為土體滑面寬度（mm）；ΔR為法向應(yīng)力（kPa）。 法向應(yīng)力計(jì)算方程為：

式中 Kp為側(cè)向應(yīng)力系數(shù)；θ為水平矢量夾角 （°）；ΔQ為法向應(yīng)力（kPa），其計(jì)算方程為：

式中 γ為土體總量（kg）；Z為縱向深度（mm）；H為橫向位移（mm）。 對水閘土體靜力荷載進(jìn)行計(jì)算：

式中 x為中心點(diǎn)距（mm）；Δx為變化距離（mm）；μ為圓周破壞比；Pv為靜力荷載（kPa）；q為受力單元的計(jì)算荷載（kPa）。

對土體的靜力荷載進(jìn)行極限求解計(jì)算：

對水閘地基土體承載應(yīng)力計(jì)算的方程：

式中 WP為地樁質(zhì)量 （kg）；L為地樁長度總值（m）；τmax為剪切應(yīng)力最大值，其計(jì)算方程為：

式中 ?′為傾斜轉(zhuǎn)角（°）；K為垂向應(yīng)力參數(shù)。

2 工程實(shí)例分析

2.1 土體結(jié)構(gòu)參數(shù)

以遼寧某水閘建設(shè)為實(shí)例， 對其水閘地基土體的抗拔應(yīng)力進(jìn)行探討， 該水閘采用4根樁體進(jìn)行加固，各樁體地基土層的主要參數(shù)如表1。

表1 水閘地基土體參數(shù)情況

2.2 水閘地基土層位移分析

分別采用傳統(tǒng)原位觀測和靜載試驗(yàn)方法對不同地基開挖深度下的土層位移進(jìn)行對比計(jì)算， 結(jié)果如表2。

表2 不同開挖深度下的水閘地基土層位移對比計(jì)算結(jié)果

從不同開挖深度下的水閘地基土層位移對比計(jì)算結(jié)果可看出， 傳統(tǒng)采用原位測定方式的不同開挖深度的土體和樁體變形位移量都要高于靜載試驗(yàn)方法計(jì)算的位移量， 這主要因?yàn)殪o載土體自重影響所致， 使得水閘地基土體和樁體位移較傳統(tǒng)原位觀測方法有所減小。 土體抗拔應(yīng)力隨開挖深度遞增而有所減小，土層彈性模量受樁體位移影響較為明顯，水閘地基土體外擴(kuò)形變主要出現(xiàn)在開挖深度低于4.5m以后。

2.3 水閘地基土體抗拔變形量分析結(jié)果

分別采用傳統(tǒng)原位觀測方法和靜載試驗(yàn)方法對水閘地基不同變形量下的抗拔變形量進(jìn)行對比分析，計(jì)算結(jié)果如表3。

表3 不同方法變形量計(jì)算對比結(jié)果

從不同方法變形量計(jì)算結(jié)果對比結(jié)果可看出，基于靜載試驗(yàn)方法下水閘地基土體不同觀測變形量下的計(jì)算誤差均低于25%， 而傳統(tǒng)原位觀測方法下其誤差均要高于靜載試驗(yàn)方法， 靜載試驗(yàn)方法的變形量計(jì)算誤差平均降低8.6%， 這主要是因?yàn)殪o載試驗(yàn)方法可考慮水閘土體地基自身重力的影響， 使其不同抗拔變形條件下的土體變形計(jì)算精度更高。

2.4 水閘地基土體抗拔應(yīng)力分析結(jié)果

采用靜載試驗(yàn)方法對不同軸力條件下的水閘土層地基土體和樁體的抗拔應(yīng)力進(jìn)行分析， 分析結(jié)果如表4和表5。

表4 不同軸力條件下的水閘土層地基土體抗拔變形量計(jì)算結(jié)果

表5 不同軸力條件下的水閘土層地基樁體抗拔變形量計(jì)算結(jié)果

從不同軸力條件下的水閘土層地基土體和樁體抗拔變形量計(jì)算結(jié)果可知， 水閘地基抗拔應(yīng)力隨著軸力的增加而有所提升， 這主要因?yàn)樗l地基土層受抗拔應(yīng)力和軸力耦合作用， 使得其縱向變形量不斷增加，土層和樁體變形位移最大值為軸力510kN以下時。 水閘抗拔強(qiáng)度最大設(shè)計(jì)值為510kN。

3 結(jié)語

（1） 土體抗拔變形量隨開挖深度遞增而有所減小，土層彈性模量受樁體位移影響較為明顯，水閘地基土體外擴(kuò)形變主要出現(xiàn)在開挖深度低于4.5m以后。

（2） 靜載試驗(yàn)方法的變形量計(jì)算誤差平均降低8.6%， 這主要是因?yàn)殪o載試驗(yàn)方法可考慮水閘土體地基自身重力的影響， 使得其不同抗拔變形條件下的土體變形計(jì)算精度更高。

（3） 水閘地基抗拔應(yīng)力隨著軸力增加而有所提升， 這主要因?yàn)樗l地基土層受抗拔應(yīng)力和軸力耦合作用，使其縱向變形量不斷增加。